2. Броундық қозғалыс. Жылулық қозғалыс. Диффузия. Заттың үш күйі. Үштік нүкте. Сублимация. Балқу және қатаю.

Броундық қозғалыс - браундық қозғалыс — сұйық не газ ішіндегі ұсақ бөлшектердің қоршаған орта молекулаларының соққысы әсерінен болатын бей-берекет қозғалысы. Мұны 1827 жылы ағылшын ғалымы Р. Броун (Браун) зерттеген.

Броундық қозғалыстың қарқындылығы уақытқа тәуелді емес. Бірақ ортаның температурасы жоғарылаған сайын және ортаның тұтқырлығы мен бөлшектердің мөлшері кеміген сайын Броундық қозғалыстың қарқындылығы артады. Броундық қозғалыстың толық теориясын 1905 — 06 жылы А. Эйнштейн және поляк физигі М. Смолуховский жасады. Броундық қозғалыстың болу себебі — орта молекулаларының жылулық қозғалысы және бөлшектердің орта молекулаларымен соқтығысуы кезінде алатын импульстерінің теңгерілмеуі. Орта молекулаларының соққысы бөлшектерді бей-берекет қозғалысқа келтіріп, олардың жылдамдығының шамасы мен бағытын шапшаң өзгертіп отырады. Егер бөлшектердің орны бірдей қысқа уақыт аралықтарында тіркеліп отырса, онда бөлшектердің траекториясы күрделі екендігі байқалады (суретті ).

Броундық қозғалыс атомдар мен молекулалардың бей-берекет жылулық қозғалысы жөніндегі молекула-кинетикалық теорияның ең көрнекті дәлелі болып есептеледі. Егер бақылау уақыты () жеткілікті ұзақ болса және орта молекулаларының бөлшекке әсер ету күші өзінің бағытын бірнеше рет өзгертсе (сыртқы күш әсер етпеген жағдайда), онда қандай да бір оське бөлшек ығысуы проекциясының орта квадраты төмендегі формуладан анықталады (Эйнштейн заңы): =2D мұндағы D — диффузия коэффициенті. Радиусы а-ға тең сфералық бөлшек үшін: D=kT/6a, мұндағы  — ортаның динамикалық тұтқырлығы, Т — температура. Эйнштейн заңындағы мен D шамаларының бір-біріне қатысы француз физигі Ж. Перрен мен швед физигі Т. Сведбергтің тәжірибелерінде дәлелденді. Соның нәтижесінде Больцман тұрақтысы және Авогадро тұрақтысы тәжірибе жүзінде нақтыланды. Броундық қозғалыс теориясы физикалық-химиялық дисперсті жүйеде қолданыс тапты. Ал метрологияда Броундық қозғалыс сезгіш құралдардың дәлдігін анықтайтын негізгі фактор болып есептеледі.

Жылулық қозғалыс - интенсивтілігі дененің температурасымен анықталатын атомдардың, молекулалардың және дененің баска бөлшектерінің хаосты қозғалысы.^[1]

Диффузия - нақтылы дене бөлшектерінің жылулық қозгалыстарга ұшырай отырып, сол дене конңентрациясының селдір аудандарына қарай жылжуы;молекулалардың жылулық қозғалысы салдарынан шеқаралас орналасқан әр түрлі заттардың бір-біріне өту құбылысы. Диффузия дененің бүкіл көлеміндегі концентрация мөлшерінің бірте-бірте теңелуін, сөйтіп оның бірқалыпты сипат алуын қамтамасыз етеді. Кейбір денелердің өте шағын бөлшектері ғана емес (атомдар,молекулалар, иондар), біршама ірі түйіршіктері де диффузиялық қасиетті иемденуі мүмкін.

Диффузия жылдамдығы температураға тікелей байланысты, алайда бүл процесс газдарда өте тез, сүйықтарда одан гөрі баяу, ал қатты заттарда өте баяу өтеді.

Заттың үш күйі - бір заттың әр түрлі күйі. Заттың бір күйден басқа бір күйге ауысуы оның еркін энергиясының, энтропиясының, тығыздығының, т.б. физикалық қасиеттерінің секірмелі өзгеруімен қоса қабат жүреді. Барлық зат (кейбір заттан басқасы) үш түрлі – қатты, сұйық және газ тәрізді агрегаттық күйде болады. Мыс., су p=101 325 Па=760 мм сын. бағ. қалыпты қысымда және Т=0°С темп-рада мұзға, Т=100°С темп-рада қайнап, буға айналады. Плазма заттың төртінші агрегаттық күйі болып есептеледі. Заттың агрегаттық күйі темп-ра мен қысымға тәуелді. Заттың агрегаттық күйін анықтайтын негізгі шама – [молекулалардың өзара әсерінің орташа потенциалдық энергиясының олардың орташа кинетикалық энергиясына қатынасы [~(T, p)]. Мыс., қатты денелер үшін ~(T, p)1, газдар үшін ~(T, p)1, ал сұйықтықтар үшін ~(T, p)1. Заттың бір агрегаттық күйден басқа бір күйге ауысуы оның потенциалдық энергиясының секірмелі өзгеруімен қоса қабат жүреді және ол молекулааралық қашықтық пен молекулааралық өзара әсерге тәуелді. Газдарда молекулааралық қашықтық молекулалардың сызықтық өлшемінен әлдеқайда үлкен. Сондықтан газда молекулалар бір-бірімен өзара әсерлеспейді деуге болады, олар еркін қозғала отырып, бүкіл көлемді толтырады. Кез келген газды белгілі бір қысым мен темп-рада сұйықтыққа, одан кейін қатты күйге келтіруге болады. Сұйықтықтар мен қатты денелерде (қоюланған не тығыздалған денелерде) молекулалар (атомдар), едәуір дәрежеде бір-біріне жақын орналасады да, олардың бір-бірімен әсерлесуі күштірек болып келеді. Осы себептен сұйықтықтар мен қатты денелер өз көлемдерін сақтайды. Дегенмен, қатты денелер мен сұйықтықтардағы молекулалар қозғалысының сипаты олардың әрқайсысында әр түрлі. Олардың құрылымы мен қасиеттерінің бір-бірінен өзгешелігі осы жағдаймен түсіндіріледі. Кристалл күйдегі қатты дене атомдары кристалдық тор түйіндерінің маңында әлсіз тербеліс жасайды. Мұндай денелердің құрылымы атомдардың реттелгендік (алыс және жақын реттелгендік) дәрежесінің жоғарылығымен сипатталады. Сұйықтық молекулаларының (атомдарының) жылулық қозғалысы молекулалардың тепе-теңдік қалып маңындағы әлсіз тербелістері мен олардың бір тепе-теңдік қалыптан басқа бір тепе-теңдік қалыпқа секірмелі түрде жиі ауысып тұруынан құралады. Сұйықтық бөлшектерінің тепе-теңдік қалыпқа ауысуы олардың орналасуында тек жақын реттіліктің болатындығын және оларға қозғалғыштық пен аққыштық қасиеттер тән екендігін көрсетеді. Ал, плазманың басқа агрегаттық күйлерден айырмашылығы – оның зарядталған бөлшектер (иондар, электрондар) газынан тұратындығы. Плазмада бөлшектер бір-бірімен үлкен қашықтықта әсерлесе береді. Бұл жағдай плазманың өзіне тән кейбір қасиеттерін анықтайды. ^[1]

Құрылымы жағынан көбірек реттелген заттың агрегаттық күйінің одан гөрі азырақ реттелген күйге ауысуы белгілі бір темп-ра мен қысымда секірмелі түрде (қ. Балқу, Қайнау), сондай-ақ, үздіксіз де (қ. Фазалық ауысу) жүруі мүмкін. Сондықтан, үздіксіз ауысу мүмкіндігі, Заттың агрегаттық күйінің әр түрге бөлінуінің шартты екендігін көрсетеді. Бұл жағдай сұйықтық құрылымын сақтайтын аморф денелердің, кейбір заттарда бірнеше кристалдық күйлердің, сұйық кристалдардың, т.б. болуымен дәлелденеді. Осыған байланысты қазіргі физикада З. а. к. ұғымының орнына одан гөрі кеңірек – фаза ұғымы пайдаланылады. ^[2]

Үштік нүкте - термодинамикада — заттың үш фазасының да бірдей бір мезгілдегі тепе-теңдік күйіне сәйкес келетін күй диаграммасындағы нүкте. Фазалар ережесі бойынша жеке химиялық зат (бір құраушылы жүйе), тепе-теңдік кезінде, үш фазадан артық күйде бола алмайды. Бұл үш фазаның (қатты, сұйық және газ) бір мезгілде тепе-теңдікте болуы температура (Т) мен қысымның (р) белгілі бір мәндерінде ғана жүзеге асады. Мысалы, көмір қышқыл газы (СО₂) үшін Тү.н.T 216,6 К, рү.н.р 5,12 атм, су үшін Тү.н.Т 273,16 К (дәл), рү.н.4,58 мм сын. бағ.^[1]

Сублимация - (лат sublіmo – биікке көтеремін) – заттың кристалдық күйден газ тәрізді күйге ауысуы; жылудың жұтылуымен жүретін процесс. Сондай-ақ сублимация қатты және газ тәрізді фазалар қатар өмір сүретін температура мен қысымның барлық интервалында болатын буланудың бір түрі. Сублимация үшін қажетті энергия сублимация жылуы деп аталады. Сублимация жылуы мен қатты дене бетіндегі қаныққан бу қысымы мен температура арасындағы тәуелділік Клапейрон-Клаузиус теңдеуімен өрнектеледі. Металдық кристалдар сублимациясының нәтижесінде бір атомды булар пайда болады; иондық кристалдар буланып, газдық фазада полярлы молекулалар құрады; молекулалық кристалдар молекулалардан тұратын бу түзеді. Сублимацияның негізгі кинетикалық сипаттамасы – сублимация жылдамдығы. Сублимация жылдамдығы – уақыт бірлігі ішінде сублимацияланатын заттың массасы. Зат сублимациясының шекті жылдамдығының температура және газ тәрізді фаза қасиеттеріне тәуелділігі арқылы Жер маңындағы орбиталардан жерге түсетін ғарыштық аппараттарға жылуқорғанғыштығы үшін қолданылатын затты таңдауды анықтайды. Сублимация қатты заттарды тазалау үшін кеңінен қолданылады.

Балқу және қатаю –